Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій

Для певного класу неоднорідних диференціальних рівнянь у банаховому просторі над полем p-адичних комплексних чисел розв'язується проблема існування і єдиності аналітичного розв'язку. For a certain class of inhomogeneous differential equations in a Banach space over the field of complex p-a...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Доповіді НАН України
Date:2010
Main Author: Горбачук, В.М.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2010
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31099
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій / В.М. Горбачук // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 7-13. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859626202210238464
author Горбачук, В.М.
author_facet Горбачук, В.М.
citation_txt Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій / В.М. Горбачук // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 7-13. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Доповіді НАН України
description Для певного класу неоднорідних диференціальних рівнянь у банаховому просторі над полем p-адичних комплексних чисел розв'язується проблема існування і єдиності аналітичного розв'язку. For a certain class of inhomogeneous differential equations in a Banach space over the field of complex p-adic numbers, the problem of existence and uniqueness of a holomorphic solution is considered.
first_indexed 2025-11-29T11:19:22Z
format Article
fulltext оповiдi НАЦIОНАЛЬНОЇ АКАДЕМIЇ НАУК УКРАЇНИ 12 • 2010 МАТЕМАТИКА УДК 517.43+517.5 © 2010 В.М. Горбачук Про розв’язнiсть диференцiальних рiвнянь у неархiмедовому банаховому просторi в класi аналiтичних вектор-функцiй (Представлено членом-кореспондентом НАН України Ю.С. Самойленком) Для певного класу неоднорiдних диференцiальних рiвнянь у банаховому просторi над по- лем p-адичних комплексних чисел розв’язується проблема iснування i єдиностi аналi- тичного розв’язку. Розглядається рiвняння вигляду Ay(m)(λ)− y(λ) = f(λ), (1) де A — лiнiйний неперервний оператор у банаховому просторi B над деяким полем K з нормою | · |K , а f(λ) — B-значна вектор-функцiя, аналiтична в областi {λ : |λ|K < r}, 0 < r 6 ∞. Вiдомо [1, гл. 6, лема 2.1], що у випадку, коли m = 1, K — поле комплексних чисел C, оператор A має обернений A−1, заданий на всьому просторi B, а f(λ) — цiла функцiя мiнiмального експоненцiального типу (тобто ∀ ε > 0, ∃ cε > 0: ‖f(λ)‖ 6 cεe ε|λ|), рiвняння (1) має єдиний цiлий розв’язок мiнiмального експоненцiального типу. Цей резуль- тат був поширений у [2] на випадок довiльного обмеженого A. Зокрема встановлено, що якщо A — квазiнiльпотентний оператор (спектральний радiус дорiвнює нулевi), а f(λ) — цiла вектор-функцiя експоненцiального типу, то рiвняння (1) однозначно розв’язне в класi вектор-функцiй експоненцiального типу, тип яких не перевищує тип f(λ). Показано також, що за умови lim n→∞ n √ n!‖An‖ = 0 для будь-якої вектор-функцiї f(λ), аналiтичної в крузi {λ : |λ| 6 r}, iснує єдиний розв’язок рiвняння (1), аналiтичний у цьому ж самому крузi. Мета роботи — дослiдити рiвняння (1) на розв’язнiсть (1) у випадку, коли K — поле комплексних p-адичних чисел. 1. Покладемо K = Ω, де Ω = Ωp — поповнення алгебраїчного замикання поля Qp p-адич- них чисел (p — просте число), яке, у свою чергу, є поповненням поля Q рацiональних чисел вiдносно p-адичної норми |a|p = p−ν для a = pν n m ∈ Q, ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 7 де цiлi числа n i m взаємно простi з p (деталi щодо поля Ω див. у [3–7]). Припустимо також, що B — банахiв простiр над Ω з нормою ‖ · ‖ : B 7→ R+, яка має такi властивостi: 1) ‖x‖ = 0 ⇔ x = 0; 2) ∀λ ∈ Ω, ∀x ∈ B : ‖λx‖ = |λ|p‖x‖; 3) ∀x, y ∈ B : ‖x + y‖ 6 max{‖x‖, ‖y‖}; 4) простiр B є повним по нормi ‖ · ‖. Розглянемо тепер степеневий ряд y(λ) = ∞ ∑ n=0 cnλ n, cn ∈ B, λ ∈ Ω. (2) Цей ряд збiгається в точцi λ тодi i тiльки тодi, коли lim n→∞ ‖cn‖|λ| n p = 0. Пiд його радiусом збiжностi зазвичай розумiється число r = r(y) = ( lim n→∞ n √ ‖cn‖ )−1 . Якщо r > 0, то ряд (2) визначає B-значну вектор-функцiю (або просто вектор-функцiю) у вiдкритому крузi D(0, r−) = {λ ∈ Ω : |λ|p < r}. Його збiжнiсть є абсолютною i рiвномiрною в довiльному замкненому крузi D(0, τ) = {λ ∈ Ω: |λ|p 6 τ}, τ ∈ (0, r). Для числа α > 0 позначимо через Aα = Aα(B) множину всiх вектор-функцiй y(λ) вигляду (2), для яких r(y) > α i lim n→∞ ‖cn‖α n = 0. Лiнiйна множина Aα з нормою ‖y‖α = sup n∈N0={0} ⋃ N ‖cn‖α n утворює банахiв простiр над полем Ω. Оскiльки ‖y‖α2 > ‖y‖α1 при α1 < α2, y ∈ Aα2 , вкладення Aα2 ⊆ Aα1 , iндуковане звуженням на область визначення, є неперервним. Простiр Ar− = Ar−(B) = proj lim α↑r Aα складається з вектор-функцiй, аналiтичних в D(0, r−). Збiжнiсть послiдовностi {yn ∈ ∈ Ar−}n∈N до вектор-функцiї y у просторi Ar− означає, що ∀α ∈ (0, r) : lim n→∞ ‖yn − y‖α = 0. 8 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12 2. Повернемось до рiвняння (1) i припустимо, що A — неперервний оператор у B, а f ∈ Ar− з деяким r > 0. Пiд розв’язком цього рiвняння в крузi D(0, r−) розумiтиме- мо вектор-функцiю y(λ) : D(0, r−) 7→ B з Ar− , що задовольняє (1) у крузi D(0, r−). Позначимо через s величину s = s(A) = lim n→∞ n √ ‖An‖. Якщо B — банахiв простiр над полем C, то s є не що iнше, як спектральний радiус опе- ратора A. Теорема 1. Нехай A — неперервний оператор у банаховому просторi B над полем Ω, а вектор-функцiя f(λ) = ∞ ∑ n=0 bnλ n, bn ∈ B, (3) належить до Ar− з r > s1/m. Тодi в класi Ar− iснує єдиний розв’язок y(λ) рiвняння (1). Цей розв’язок задається формулою y(λ) = − ∞ ∑ n=0 Anf (nm)(λ) = ∞ ∑ n=0 cnλ n, (4) де cn = − ∞ ∑ k=0 (mk + n)! n! Akbmk+n, (5) причому має мiсце неперервна залежнiсть розв’язку вiд правої частини рiвняння, тобто якщо послiдовнiсть {fn ∈ Ar−}n∈N збiгається до нуля в просторi Ar− , то й послiдовнiсть {yn(λ)}n∈N вiдповiдних розв’язкiв з простору Ar− збiгається до нуля в цьому ж самому просторi. Позначимо через A∞ = A∞(B) простiр усiх цiлих вектор-функцiй iз значеннями в B: A∞ = proj lim α→∞ Aα. Теорема 2. Нехай у рiвняннi (1) f(λ) — цiла вектор-функцiя. Тодi в класi A∞ iснує єдиний розв’язок y(λ) цього рiвняння. Розв’язок y(λ) неперервно залежить вiд f(λ) в то- пологiї простору A∞. Наслiдок 1. Якщо f(λ) — многочлен, то рiвняння (1) має єдиний розв’язок y(λ) у класi многочленiв. Бiльше того, степенi многочленiв f(λ) та y(λ) збiгаються. 3. Вектор-функцiя y(λ) називається локально аналiтичною в нулi, якщо iснує α > 0 таке, що y ∈ Aα. Простiр A0 = A0(B) усiх таких функцiй надiляється топологiєю iндуктивної границi банахових просторiв Aα: A0 = ind lim α→0 Aα. Послiдовнiсть {yn ∈ A0}n∈N збiгається в A0, якщо всi вектор-функцiї yn(λ) належать до Aα з деяким α i ця послiдовнiсть збiгається у просторi Aα. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 9 Нехай f ∈ A0. Природно постає питання, за яких додаткових умов на вектор-функцiю f(λ) i оператор A iснує локально аналiтичний в нулi розв’язок рiвняння (1) i як описати усi такi розв’язки у випадку неєдиностi. Щоб вiдповiсти на це запитання, введемо простiр цiлих векторiв експоненцiального типу замкненого оператора (див. [8]). Отже, нехай B — довiльний замкнений оператор в B. Для числа β > 0 покладемо Eβ(B) = { x ∈ ⋂ n∈N0 D(Bn) | ∃c = c(x) > 0,∀ k ∈ N0 : ‖B kx‖ 6 cβk } (D(·) — область визначення оператора). Лiнiйна множина Eβ(B) утворює банахiв простiр вiдносно норми ‖x‖Eβ = sup n∈N0 ‖Bnx‖ βn . Елементи простору E(B) = ind lim β→∞ Eβ(B) = ⋃ β>0 Eβ(B) називаються цiлими векторами експоненцiального типу оператора B. Пiд типом σ(x) = = σ(x,B) вектора x ∈ E(B) розумiється число σ(x) = lim n→∞ ‖Bnx‖1/n. У випадку, коли D(B) = B, простiр E(B) збiгається з B i ∀x ∈ B : σ(x) 6 ‖B‖. Якщо оператор B має обмежений обернений B−1, визначений на всьому просторi B, i s(B−1) = 0, то E(B) = {0}. Теорема 3. Нехай A — неперервний оператор в B, для якого нуль не є власним зна- ченням, i f ∈ Ar− з r > s1/m(A). Тодi iснує локально аналiтичний розв’язок рiвняння (1) i цей розв’язок є єдиним тодi i тiльки тодi, коли E(A−1) = {0}. Якщо ж E(A−1) 6= {0}, то будь-який локально аналiтичний у нулi розв’язок y(λ) має вигляд y(λ) = z(λ) + m−1 ∑ k=0 Fk(λ,A −1)xk, xk ∈ E(A−1), де Fk(λ,A −1)x = ∞ ∑ n=0 A−nx (mn+ k)! λnm+k, (6) а z(λ) — єдиний розв’язок рiвняння (1) з класу Ar− , який визначається теоремою 1 за допомогою (4), (5). Зазначимо (див. [9]), що радiус збiжностi r(Fk(·, A −1)x) ряду (6) не залежить вiд k i обчислюється за формулою r(Fk(·, A −1)x) = σ−1/m(x)p−1/(p−1) (тут σ(x) = σ(x,A−1) — тип вектора x ∈ E(A−1)). 10 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12 Наслiдок 2. Нехай f ∈ Ar− з r > s1/m(A). Покладемо fn(λ) = n ∑ k=0 bkλ k, тобто fn(λ) — частинна сума ряду (3) для f(λ). Тодi розв’язок yn(λ) рiвняння (1) з правою частиною fn(λ) замiсть f(λ) є многочленом, причому при n → ∞ послiдовнiсть yn(λ) збiгається у просторi Ar− до розв’язку y(λ) рiвняння (1). 4. Розглянемо задачу Кошi { Ay(m)(λ)− y(λ) = f(λ), y(k)(0) = yk, k = 0, 1, . . . ,m− 1, (7) яка полягає у вiдшуканнi локально аналiтичної в нулi вектор-функцiї y(λ) = ∞ ∑ n=0 cnλ n, що задовольняє (7). Як випливає з теореми 3, ця задача не завжди розв’язна. Тому зако- номiрним є питання, за яких умов на f(λ) i початковi данi {yk} m−1 k=0 розглядувана проблема має розв’язок i, якщо це так, чи є цей розв’язок єдиним. Вiдповiдь дає така теорема. Теорема 4. Нехай A — неперервний оператор в B, для якого точка 0 не є власним значенням. Тодi за умови, що f ∈ Ar− з деяким r > s1/m(A), задача Кошi (7) однозначно розв’язна в A0 тодi i тiльки тодi, коли yk − k!ak ∈ E(A−1), k = 0, 1, . . . ,m− 1, де ak = − 1 k! ∞ ∑ n=0 Anf (nm+k)(0), k = 0, 1, . . . ,m− 1. Наслiдок 3. Нехай s = s(A) = 0. Тодi задача Кошi (7) має єдиний розв’язок y(λ) в A0 тодi i тiльки тодi, коли yk = k!ak, k = 0, 1, . . . ,m − 1. Наслiдок 4. Якщо оператор A−1 є обмеженим, то задача (7) однозначно розв’язна в A0 для будь-яких yk ∈ B. 5. Покажемо, як наведенi результати можуть бути застосованi до диференцiальних рiв- нянь з частинними похiдними. Нехай B — простiр функцiй ϕ(x) iз значеннями в Ω, аналiтичних на n-вимiрнiй кулi Dn(0, ρ) = { x = (x1, x2, . . . , xn) ∈ Ωn : ‖x‖p = ( n ∑ i=1 |xi| 2 p )1/2 6 ρ } , тобто функцiй ϕ(x) вигляду ϕ(x) = ∑ α ϕαx α, ϕα ∈ Ω, для яких lim |α|→∞ |ϕα|pρ |α| = 0, ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 11 де α = (α1, α2, . . . , αn), αi ∈ N0, |α| = α1 + α2 + · · · + αn, xα = xα1 1 xα2 2 · · · xαn n . Простiр B є банаховим над полем Ω вiдносно норми ‖ϕ‖ = sup α |ϕ|pρ |α|. Диференцiальнi оператори ϕ 7→ ∂ϕ ∂xi = ∑ α αiϕαx α1 1 · · · xαi−1 i · · · xαn n , i = 1, 2, . . . , n, є обмеженими в B, i ∥ ∥ ∥ ∥ ∂ϕ ∂xi ∥ ∥ ∥ ∥ = 1 ρ . Оператор множення T : ϕ 7→ θϕ, ϕ ∈ B, на елемент θ ∈ B також обмежений, i ‖T‖ = ‖θ‖. Розглянемо рiвняння ∂m ∂tm q ∑ |β|=0 aβ(x)D βu(t, x)− u(t, x) = f(t, x), (t, x) ∈ D(0, r−)×Dn(0, ρ), f ∈ Ar−(B), де β = (β1, β2, . . . , βn), βi ∈ N0, aβ ∈ B, Dβ = ∂|β| ∂x β1 1 · · · xβn n . Це рiвняння можна подати у виглядi (1), якщо за A взяти оператор ϕ 7→ Aϕ = q ∑ |β|=0 aβD βϕ, ϕ ∈ B. Iз спiввiдношення ∥ ∥ ∥ ∥ ∥ q ∑ |β|=0 aβD βϕ ∥ ∥ ∥ ∥ ∥ 6 max β ‖aβD βϕ‖ 6 max β ‖aβ‖‖D βϕ‖ 6 max β {ρ−|β|‖aβ‖}‖ϕ‖ випливає, що оператор A обмежений в B i ‖A‖ 6 max β {ρ−|β|‖aβ‖}. Згiдно з теоремою 1, при r > γ1/m, де γ = max β {ρ−|β|‖aβ‖}, iснує єдиний розв’язок рiвнян- ня (8), аналiтичний у D(0, r−) × Dn(0, ρ). 12 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №12 1. Далецкий Ю.Л., Крейн М.Г. Устойчивость решений дифференциальных уравнений в банаховом про- странстве. – Москва: Наука, 1970. – 534 с. 2. Gefter S., Stulova T. On holomorphic solutions of some implicit linear differential equation in a Banach Space // Operator Theory: Advances and Applications. – 2009. – 191. – P. 323–332. 3. Коблиц Н. p-Адические числа, p-адический анализ и дзета-функции. – Москва: Мир, 1982. – 192 с. 4. Dwork B., Gerotto G., Sullivan F. J. An introduction to G-functions. – Princeton: Princeton University Press, 1994. – 323 p. 5. Schikhof W.H. Ultrametric calculus, an introduction to p-adic analysis. – London: Cambridge University Press, 1984. – 306 p. 6. Хренников А.Ю. Неархимедов анализ и его приложения. – Москва: Физматлит, 2003. – 216 с. 7. Владимиров В. С., Волович И.В., Зеленов Е.И. p-Адический анализ и математическая физика. – Москва: Физматлит, ВО “Наука”, 1994. – 352 с. 8. Радыно Я.В. Пространство векторов экспоненциального типа // Докл. АН БССР. – 1983. – 27, № 9. – С. 791–793. 9. Gorbachuk M.L., Gorbachuk V. I. On the Cauchy problem for differential equations in a Banach space over the field of p-adic numbers // Proc. Steklov Inst. Math. – 2004. – 245. – P. 91–97. Надiйшло до редакцiї 16.03.2010НТУ України “Київський полiтехнiчний iнститут” V.M. Gorbachuk On the solvability of differential equations in a non-Archimedean Banach space in a class of holomorphic vector functions For a certain class of inhomogeneous differential equations in a Banach space over the field of complex p-adic numbers, the problem of existence and uniqueness of a holomorphic solution is considered. ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №12 13
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31099
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1025-6415
language Ukrainian
last_indexed 2025-11-29T11:19:22Z
publishDate 2010
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
record_format dspace
spelling Горбачук, В.М.
2012-02-22T20:57:21Z
2012-02-22T20:57:21Z
2010
Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій / В.М. Горбачук // Доп. НАН України. — 2010. — № 12. — С. 7-13. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
1025-6415
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31099
517.43+517.5
Для певного класу неоднорідних диференціальних рівнянь у банаховому просторі над полем p-адичних комплексних чисел розв'язується проблема існування і єдиності аналітичного розв'язку.
For a certain class of inhomogeneous differential equations in a Banach space over the field of complex p-adic numbers, the problem of existence and uniqueness of a holomorphic solution is considered.
uk
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
Доповіді НАН України
Математика
Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
On the solvability of differential equations in a non-Archimedean Banach space in a class of holomorphic vector functions
Article
published earlier
spellingShingle Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
Горбачук, В.М.
Математика
title Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
title_alt On the solvability of differential equations in a non-Archimedean Banach space in a class of holomorphic vector functions
title_full Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
title_fullStr Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
title_full_unstemmed Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
title_short Про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
title_sort про розв'язність диференціальних рівнянь у неархімедовому банаховому просторі в класі аналітичних вектор-функцій
topic Математика
topic_facet Математика
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31099
work_keys_str_mv AT gorbačukvm prorozvâznístʹdiferencíalʹnihrívnânʹunearhímedovomubanahovomuprostorívklasíanalítičnihvektorfunkcíi
AT gorbačukvm onthesolvabilityofdifferentialequationsinanonarchimedeanbanachspaceinaclassofholomorphicvectorfunctions